DE1957375C3 - Verwendung einer austenitischen Chrom-Nickel-Sticksoff-Stahllegierung für nichtmagnetisierbare Schwerstangen und Gestängeteile - Google Patents
Verwendung einer austenitischen Chrom-Nickel-Sticksoff-Stahllegierung für nichtmagnetisierbare Schwerstangen und GestängeteileInfo
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Description
Bei den für Tiefbohrungen notwendigen Bohrgestängen werden für Richtbohrungen nichtmagnetisierbare
•Fchwcrsiangen und Gestängeteile benötigt, um eine
Beeinflussung der Meßgeräte, die in die Bohrung der Gestänge eingeführt werden, zu vermeiden.
Für solche unmagnetische Schwerstangen wurden zunächst ausschließlich Metallegierungen auf der Basis
65% Nickel. 25% Kupfer, maximal 5% Aluminium verwendet, weil sich diese als verläßtlich unmagnetisch
erwiesen haben und auth die erforderlichen Fesligkeitscigenschaften
besitzen.
Neben diesen nalurgemäßen teuren Legierungen wurde zur Erzielung wirtschaftlicherer Produkte vorgeschlagen,
zur Herstellung nichtmagnctisierbarer Schwerstangen auch austenitische Stähle zu verwenden.
Dabei sind jedoch bei Schwerstangen aus den üblichen 18/8 Chrom-Nickel-Stählen vielfach Schwierigkeiten
wegen des ungünstigen unmagnetischen Verhaltens eingetreten. Außerdem waren die Festigkeitseigenschaften
wegen der niedrig liegenden Streckgrenze dieser Werkstoffe ungünstig. Nicht zuletzt neigen diese
Stähle auch sehr zum Fressen, so daß sich bei der
Vef «vendung im Bohrstrang erhebliche Schwierigkeiten
ergeben können. Diesem Merkmal trachtet man dadurch auszuweichen, daß die Gewindeteile aus
magnetischen Vergütungsstählen, wie sie für normale Schwerstangen Verwendung finden, angefertigt und
diese Endstücke sodann an den unmagnetischen Mittelteil angeschweißt wurden. Eine solche Schwerstange
mit Anschweißenden besitzt den Nachteil, daß sie nicht über die ganze Länge unrriagnetisch ist und
daher für die Verwendung nicht den vollen Wert einer
nur aus nichimagneiisierbarcm Werkstoff hergestellten
Schwerstange aufweist.
Zur Beseitigung dieses nicht befriedigenden Zustandes
ist es bekanntgeworden, für nichtmagnetisierbare Schwerstangen Stähle zu verwenden, die sehr stabil
austenitisch sind und sich darüber hinaus besonders gut
verfestigen lassen. Dies trifft besonders für Mangan-Austenite zu. Da reine Manganstähle nicht wirtschaftlich
bearbeitbar sind, wurden austenitische Stähle auf ι der Basis Mangan-Chrom herangezogen. Bei der
Herstellung von homogenen, aus einem Stück bestehenden Schwersiangen aus diesen Stählen wird dabei bo
vorgegangen, daß getrachtet wird, durch ein sogenanntes Warm-Kaltverformen im Temperaturbereich von
ίο zirka 500-8000C höhere Festigkeiten zu erreichen. Bei
diesem Vorgang werden die Schwerstangen üblicherweise zuerst über die ganze Länge warm-kaltverformt
und abschließend die Enden, die die Verbindungsgewinde erhalten, noch zusätzlich einer Verformung unterzo-
H gen, um diesen höher beanspruchten Teilen der Schwerstange die notwendigen Festigkeitseigenschaften
zu geben.
Für Schwerstangen, die auf diese Weist hergestellt
werden, ergeben sich beispielsweise folgende Festigkeitswerte:
Für den Mittelteil
Sireckengrenze
(0.2%- Dehngrenze)
Zugfestigkeit
(0.2%- Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Für die Endteile mit Gewinde
Jo Streckgrenze
(02%-Dehngrenze)
Zugfestigkeit
Dehnung (/=4d)
Kerbschlagzähigkeit
Zugfestigkeit
Dehnung (/=4d)
Kerbschlagzähigkeit
(Charpy-V-Probe)
mind. 55 kp/mm-'
mind. 75 kp/mm2
mind. 75 kp/mm2
mind. 70 kp/mm2
mind. 85 kp/mm2
zirka 30%
mind. 85 kp/mm2
zirka 30%
zirka !5mkp/cm2
Solche Schwerstangen entsprechen in ihren Eigenschaften den üblichen Anforderungen im Ölfeld. Sie
haben aber den Nachteil, daß sie gegen die Korrosionsangriffe von aggressiven Chloridlösungen, die in
Bohrlöchern öfters auftreten, nicht immer genügend beständig sind und unter Umständen zu Erscheinungen
von Spannungsrißkorrosion neigen. Es können dadurch Brüche eintreten, die dann den Ausfall solcher
4S unmagnetischer Schwerstangen verursachen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr die Verwendung einer an sich bekannten austcnitischen
Chrom-Nickel-Stickstoff-Stahllegierung mit maximal
0,07% Kohlenstoff, bis 1.00% Silizium. 0,50 bis 2.00%
Mangan. 20.00 bis 25,00% Chroi;·, 10.00 bis 15.00%
Nickel. 0.05 bis 0.50% Stickstoff. Rest Eisen mit den
fblichcn Begleilelementcn als Werkstoff zur Herstellung
von nichtmagnctisierbaren und gegen Spannungsrißkorrosion
beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen. die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte
(02%-Dehngrenze) bis 70 kp/mm2 und
darüber gebracht werden und im Bereich der Enden eine Mindeststreckgren/.e (0.2%-Dehngrenze) von
70 kp/mm2aufweisen.
Bei Schwerstangen aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Stahlen zeigte sieh überraschend, daß sie
auch nädh stärkster Verformung unter ausgesprochen
sensibilisierenden Bedingungen bei Prüfung unter einer
Spannung in Höhe der Streckgrenze beim Angriff von
kochendem künstlichem Meerwasser nach einem Zeitraum Von zirka 5000 Stunden nicht zur Spannungs'
rißkoffösiöri neigen. Außerdem gelingt es, mit diesen
Stählen durch das Warrri-Kaltverförmen Unerwartet
günstige Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Erfindungsgemäße Schwerstangen aus Stählen mit
maximal 0,05% Kohlenstoff, 0,35 bis 0,60% Silizium, 1,00 bis 1,10% Mangan, 21,50 bis 23,00% Chrom, 12,00 bis
13,00% Nickel, 0,27 bis 0,32% Stickstoff, Rest Eisen, ergaben folgende Gütewerte:
a) Für den Mittelteil
Streckgrenze (0,2%-Dehngrenze) Zugfestigkeit Dehnung (/=4d) Einschnürung
Kerbschlagzähigkeit (Charpy-V-Probe)
b) Für die Enden
Streckgrenze (0,2%-Dehngrenze) Zugfestigkeit Dehnung (/=4d)
Einschnürung Kerbschlagzähigkeit (Charpy-V-Probe)
58,6 kp/mm2 78,2 kp/mm3
44% 73%
21 mkp/cm2
Probe I Probe
87,7 84,5 kp/mm2
95,2 92,4 kp/mm2
28,0 27,0%
64,0 65,0%
15,0 15,6mkp/cm2
Die Permeabilität dieser Schwerstangen ergaben Werte unter 1,005 GaulJ/Oerstedt bei einem Feld von
lOOOerstedt.
Wie aus diesen Zahlenangaben ersichtlich ist, können mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl ohne
Schwierigkeiten die bei Mangan-Chrom-Austeniien erreichbaren Fesiigkeitseigenschaften eingehalten werden.
Diese Festigkeiten schränken die Neigung zum Fressen beim Verschrauben der Schwerstangen bedeu-
in tend ein. Auch die magnetischen Eigenschaften liegen
sehr günstig.
Von wesentlicher Bedeutung für die Erzeugung sind schließlich auch die günstigen Bearbeitungseigenschaften
der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle, die
π es ohne weiteres zulassen, die Bohrung des Hohls dieser
meist bis zu i0m langen Schwerstangen wirtschaftlich
herzustellen.
Schwerstangen nach der Erfindung besitzen neben ihrer Nichimagnetisierbarkeit auch die geforderten
2Ii hohen Festigkeitswerte und widerstehen darüber hinaus
der bei Tiefbohrungen auftretenden Spannungsn3korrosion.
Erst bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stähle besteht Sicherheit, daß koine
Brüche durch Spannungsrißkorrosion beim Angriff von
2i Chloridlösungen, wie sie in Tiefbohrungen vorkommen
können, eintreten.
Claims (1)
- Palentanspruch:Verwendung von an sich bekannten austenilischcn Chroni-Nickel-Stickstorf-Stahllcgierungen mitbis 0,07% Kohlenstoff,
bis 1,00% Silizium.
0,50 bis 2,00% Mangan,
20,00 bis 25,00% Chrom.
10,00 bis 15,00% Nickel.
0,05 bis 0,50% Stickstoff.
Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementenals Werkstoff zur Herstellung von nichtmagnetisicrbaren und gegen Spannungsrißkorrosion beständigen Schwerstangen und Gestängeteilen, die durch Warm-Kaltverformung auf Streckgrenzenwerte (0.2%-Dehngrenze) bis 70 kp/mm- und darüber gebracht werden und im Bereich der Enden eine Windeststreckgrenze (0.2%-Üehngrenze) von 70 kp/mm- aufweisen.
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|---|---|---|---|
| BGA | New person/name/address of the applicant | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |